10月18日至22日，第81屆世界科幻大會(huì)將在成都舉辦。紅星新聞、每日經(jīng)濟(jì)新聞日前聯(lián)合啟動(dòng)“幻響未來(lái)，全球追光”大型融媒體采訪報(bào)道，追尋科幻轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)背后人類不同文明所共同擁有的科技與夢(mèng)想之光。

今天，我們帶你走近福建福清興化灣海岸，探訪我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電——華龍一號(hào)示范工程，探索人類對(duì)能源的應(yīng)用極限。

福建省福清市福清核電站，“華龍一號(hào)”福清6號(hào)機(jī)組

2019年科幻電影《流浪地球》上映后，互聯(lián)網(wǎng)社交平臺(tái)的熱搜中出現(xiàn)了一系列物理學(xué)名詞——“核聚變”“太陽(yáng)氫閃”……在電影的熱度之下，科學(xué)的冷知識(shí)似乎也熱了起來(lái)，大眾對(duì)硬核科學(xué)知識(shí)生出向往。

而在四十年前，劉昌文便開(kāi)始對(duì)這一神秘的領(lǐng)域產(chǎn)生了興趣：“當(dāng)時(shí)讀中學(xué)的我對(duì)原子彈、氫彈很感興趣，覺(jué)得核科學(xué)很神秘，是一個(gè)未知的世界。”于是，懷抱著對(duì)核科學(xué)的探索精神，在大學(xué)時(shí)，劉昌文選擇了核反應(yīng)堆工程專業(yè)。“后來(lái)了解了，核科學(xué)也可以用來(lái)發(fā)電，于是走上了和平利用核能的職業(yè)方向。”

當(dāng)年那個(gè)對(duì)神秘核科學(xué)充滿向往的學(xué)生劉昌文，如今已經(jīng)成為中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院華龍一號(hào)總設(shè)計(jì)師。

所謂核電，是利用原子核內(nèi)部蘊(yùn)藏的能量產(chǎn)生電能。一顆原子核，直徑只有一根頭發(fā)絲的一億分之一，卻蘊(yùn)藏著驚人能量。核電是戰(zhàn)略高科技產(chǎn)業(yè)，發(fā)展核電是和平時(shí)期保持和擁有強(qiáng)大核實(shí)力的重要途徑。

2022年3月，“華龍一號(hào)”示范工程在福建福清全面建成投運(yùn)，兩臺(tái)機(jī)組年發(fā)電能力近200億度，一個(gè)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電后，能滿足一個(gè)中型城市的用電需求。作為我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)，“華龍一號(hào)”的誕生，標(biāo)志著我國(guó)在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列，核電技術(shù)水平和綜合實(shí)力已躋身世界第一方陣。

一顆“中國(guó)芯”

潮水拍打著福建福清興化灣海岸，這里依山傍海，目光所及，福清核電基地6臺(tái)機(jī)組巍然矗立在岸邊不遠(yuǎn)處。在這6臺(tái)機(jī)組中，有兩臺(tái)機(jī)組尤為顯眼，這是我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電——華龍一號(hào)示范工程。

在這背后，是中國(guó)核電人三十多年的科技攻關(guān)與不斷創(chuàng)新。

時(shí)間回到1996年底，彼時(shí)秦山核電站的二期主體工程正在建設(shè)，工程設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為兩臺(tái)65萬(wàn)千瓦壓水堆核電機(jī)組。“雖然秦山二期還在建設(shè)，但那時(shí)大家已經(jīng)在討論，什么時(shí)候中國(guó)能有百萬(wàn)千瓦核電機(jī)組。”劉昌文強(qiáng)調(diào)說(shuō)，“我們想實(shí)現(xiàn)中國(guó)人自己的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站。”

中國(guó)百萬(wàn)千瓦核電站的自主創(chuàng)新之路，這一走就是十多年。

福清核電1-6號(hào)機(jī)組全景

堆芯是核電站的心臟，是核燃料發(fā)生裂變、釋放能量的核心部件。堆芯技術(shù)如果受制于人，自主核電就無(wú)從談起。

“在此之前，國(guó)外核電技術(shù)的堆芯大部分采用121個(gè)或157個(gè)燃料組件，我們?cè)诙研驹O(shè)計(jì)等方面不具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，常常受制于人。”劉昌文說(shuō)。

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院的專家團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)大量論證，在國(guó)外通用的157組堆芯基礎(chǔ)上，每個(gè)象限增加5組元件，4個(gè)象限共增加20組元件，形成177組堆芯的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

“177堆芯”是我國(guó)三代核電區(qū)別于國(guó)外技術(shù)的最主要特點(diǎn)，它由177個(gè)燃料組件構(gòu)成，體積更大，讓核電機(jī)組的發(fā)電功率得到提升的同時(shí)，降低了堆芯內(nèi)的功率密度，提高了核電站的安全性。這也使得堆芯換料周期由通常的12個(gè)月延長(zhǎng)至18個(gè)月，將電廠可利用率提高至90%以上。

反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)是核電技術(shù)的關(guān)鍵領(lǐng)域，這顆“中國(guó)芯”，更是華龍一號(hào)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)。

“華龍一號(hào)”福清6號(hào)機(jī)組

不再“卡脖子”

“中國(guó)人自己的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站”，簡(jiǎn)單幾個(gè)字，背后卻是數(shù)年來(lái)艱辛的科技攻關(guān)。

比如核電站的主設(shè)備之一蒸汽發(fā)生器的自主研發(fā)過(guò)程。行走在福清核電5號(hào)機(jī)組的核島內(nèi)部，三個(gè)20米高的巨大白色圓柱體裝置分外顯眼，它們的學(xué)名叫“蒸汽發(fā)生器”，是核電站的主設(shè)備之一。

蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部零件超過(guò)一萬(wàn)個(gè)，價(jià)格昂貴，動(dòng)輒就上億元人民幣，以往大型核電站的蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)技術(shù)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)掌握在美國(guó)、法國(guó)的少數(shù)幾家設(shè)計(jì)公司手中。

劉昌文告訴記者，在“華龍一號(hào)”早期的設(shè)計(jì)過(guò)程中，本打算向國(guó)外公司購(gòu)買這項(xiàng)設(shè)備。“談了很多輪，基本上所有內(nèi)容都談好了，但卡在最后一步，對(duì)方堅(jiān)持要求如果將來(lái)使用這種蒸汽發(fā)生器的核電技術(shù)用于出口，必須經(jīng)過(guò)其同意。”劉昌文說(shuō)，在場(chǎng)的中國(guó)專家都接受不了，“相當(dāng)于給車買一個(gè)輪胎，結(jié)果輪胎商不允許這輛車出口。”

“從那時(shí)起，我們更加堅(jiān)定了研發(fā)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)的決心。”劉昌文說(shuō)，研制蒸汽發(fā)生器，需要合適的蒸汽來(lái)測(cè)試設(shè)備性能，“很難找到有大量蒸汽的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，經(jīng)過(guò)多番努力，最終在河南南陽(yáng)油田找到符合條件的實(shí)驗(yàn)條件。”劉昌文說(shuō)，由于油田有自己的生產(chǎn)工作，于是只能協(xié)商利用寶貴的用汽“窗口”時(shí)間，“為了搶時(shí)間，實(shí)驗(yàn)需要連續(xù)進(jìn)行，科研人員常常需要24小時(shí)守在野外冰天雪地的試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，啃饅頭、泡方便面更是常事。”

華龍一號(hào)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、性能驗(yàn)證、軟件設(shè)計(jì)、關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化、制造技術(shù)國(guó)產(chǎn)化等技術(shù)難關(guān)被連續(xù)攻克，僅僅27個(gè)月后，用于“華龍一號(hào)”的第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器問(wèn)世。

蒸汽發(fā)生器只是一個(gè)縮影，先進(jìn)堆芯測(cè)量系統(tǒng)、核燃料組件包殼材料……通過(guò)自主創(chuàng)新大量關(guān)鍵設(shè)備，華龍一號(hào)不再被“卡脖子”。

作為我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電型號(hào)，華龍一號(hào)共獲得七百余件專利和一百余項(xiàng)軟件著作權(quán)，覆蓋了設(shè)計(jì)技術(shù)、專用設(shè)計(jì)軟件、燃料技術(shù)、運(yùn)行維護(hù)技術(shù)等眾多領(lǐng)域。“有了華龍一號(hào)，中國(guó)核電人可以挺直腰桿，從‘借船出海’走向‘造船出海’。”劉昌文說(shuō)。

核電站的安全“雙保險(xiǎn)”

安全性，是三代核電與二代核電最顯著的區(qū)別之一。“能動(dòng)與非能動(dòng)”相結(jié)合的安全技術(shù)，就是“我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三代核電技術(shù)”的顯著特征之一。其特點(diǎn)是能夠在不依賴外部能源驅(qū)動(dòng)的情況下，僅靠自然循環(huán)、重力等方式確保核電站穩(wěn)定，打造核電站安全“雙保險(xiǎn)”。

“雙保險(xiǎn)”安全系統(tǒng)，源于福島核事故敲響的警鐘。

2011年2月28日、3月1日，“華龍一號(hào)”的前身——CP1000通過(guò)了安全審查，進(jìn)入工程建設(shè)階段。工程僅進(jìn)行了幾天，3月11日，日本福島第一核電站發(fā)生放射性物質(zhì)泄漏事故。受其影響，中國(guó)核電項(xiàng)目建設(shè)全面暫停。“打個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋扔鳎拖駪蚜藗€(gè)孩子，快要生的時(shí)候突然沒(méi)了。”劉昌文說(shuō)，“大家那時(shí)都哭了，從1997年開(kāi)始辛苦工作多年，就等今天。結(jié)果叫停了，對(duì)我們打擊很大。”

“華龍一號(hào)”福清6號(hào)機(jī)組內(nèi)部

此后，科研人員對(duì)標(biāo)世界上最先進(jìn)的技術(shù)和最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)“華龍一號(hào)”進(jìn)行了一系列安全升級(jí)。“能動(dòng)與非能動(dòng)”，便是華龍一號(hào)核電機(jī)型保持安全的核心。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“能動(dòng)”，就是靠電來(lái)驅(qū)動(dòng)安全系統(tǒng)，保障核電站運(yùn)行。“這種技術(shù)成熟安全，但是在極端情況下還是會(huì)有危險(xiǎn)。例如福島核事故中，核電站失去電力供應(yīng)，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)失效，無(wú)法排出堆芯余熱，反應(yīng)堆部分熔毀，導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄漏。”劉昌文說(shuō)。

為了克服這個(gè)問(wèn)題，核動(dòng)力院研發(fā)了“非能動(dòng)”方式的創(chuàng)新安全設(shè)計(jì)。劉昌文介紹說(shuō)，華龍一號(hào)“非能動(dòng)”的安全設(shè)計(jì)是不依靠電，依靠位差、密度差、高差形成自然循環(huán)。“利用重力，將堆芯衰變熱傳遞至事故冷卻水箱，從而降低堆芯溫度，避免事故發(fā)生。”劉昌文說(shuō)，“所以，華龍一號(hào)完全可以避免福島核事故那樣的核災(zāi)難。”

“華龍一號(hào)”福清6號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)廠房

擁有“四川基因”

一個(gè)機(jī)組能滿足一個(gè)中型城市的用電需求

“華龍一號(hào)”的誕生，標(biāo)志著我國(guó)在三代核電技術(shù)領(lǐng)域躋身世界前列，核電技術(shù)水平和綜合實(shí)力已躋身世界第一方陣。

這一“國(guó)之重器”，擁有“四川基因”。“華龍一號(hào)”的很多關(guān)鍵設(shè)備都在四川生產(chǎn)，比如DCS控制系統(tǒng)來(lái)自成都、“核電之芯”核燃料組件來(lái)自宜賓，帶動(dòng)了在川30余家企業(yè)和科研院所參與配套，產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過(guò)300億元，涉及重大裝備、數(shù)字化儀控等領(lǐng)域。

劉昌文說(shuō)，從中國(guó)第一代核潛艇陸上模式堆到全球領(lǐng)先的第三代核電技術(shù)華龍一號(hào)，四川核動(dòng)力產(chǎn)業(yè)鏈不斷升級(jí)，產(chǎn)業(yè)體系不斷完善，產(chǎn)業(yè)圈也在不斷擴(kuò)大。

福清核電1-6號(hào)機(jī)組全景

目前，華龍一號(hào)國(guó)內(nèi)外首批工程4臺(tái)機(jī)組已經(jīng)全部建成商運(yùn)，福建漳州一期、海南昌江三期等“華龍一號(hào)”新建機(jī)組已經(jīng)開(kāi)工建設(shè)。華龍一號(hào)的商業(yè)運(yùn)行，不僅能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于改善我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、助力碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)意義深遠(yuǎn)。

據(jù)了解，華龍一號(hào)一個(gè)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電之后能夠滿足一個(gè)中型城市的用電需求，并且每年減少耗煤530萬(wàn)噸，以及減少二氧化碳排放1300萬(wàn)噸。相當(dāng)于植樹(shù)2.6億棵，覆蓋面積達(dá)到300萬(wàn)畝，將近可以覆蓋1/5個(gè)北京。

按目前市場(chǎng)情況測(cè)算，每臺(tái)“華龍一號(hào)”機(jī)組全壽期內(nèi)在國(guó)內(nèi)創(chuàng)造產(chǎn)值將超過(guò)2000億元人民幣，并提供超過(guò)15萬(wàn)個(gè)就業(yè)崗位。另外，每出口一臺(tái)“華龍一號(hào)”機(jī)組，將為我國(guó)帶動(dòng)相關(guān)機(jī)電產(chǎn)品和材料出口近200億元。

“核能是低碳能源，先進(jìn)核能技術(shù)可以提供高品質(zhì)熱源，能實(shí)現(xiàn)多用途利用，涵蓋電力、制氫、供熱供汽、海水淡化等領(lǐng)域，必將成為我國(guó)低碳綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源支撐。”劉昌文說(shuō)。

紅星新聞?dòng)浾?彭驚 攝影記者 王勤 發(fā)自福建福清